高級操作系統(tǒng)教材和參考書目教材：

《分布式系統(tǒng)：原理與范型》AndrewS.Tanenbaum等清華大學(xué)出版社2004年參考書：分布式操作系統(tǒng)原理與實踐徐良賢等譯機械工業(yè)出版社2003高級操作系統(tǒng)徐甲同西安電子科技大學(xué)出版社2001課件下載地址：/mydownload.jsp課程成績評定平時成績：20%（課堂測試）期末考試：80%課程主要內(nèi)容分布式系統(tǒng)概述分布式系統(tǒng)通信分布式進(jìn)程管理命名同步一致性和復(fù)制容錯性分布式安全分布式文件系統(tǒng)第一章分布式系統(tǒng)概述什么是操作系統(tǒng)?什么是分布式系統(tǒng)?分布式系統(tǒng)的硬件分布式系統(tǒng)的軟件客戶-服務(wù)器模型什么是操作系統(tǒng)?操作系統(tǒng)概念：操作系統(tǒng)是一種管理計算機系統(tǒng)資源，控制系統(tǒng)工作流程，方便用戶使用計算機的系統(tǒng)軟件。操作系統(tǒng)的作用(1)作為用戶與計算機硬件系統(tǒng)之間的接口OS作為接口的層狀示意圖計算機硬件操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序應(yīng)用程序操作系統(tǒng)設(shè)計者程序員一般用戶命令系統(tǒng)調(diào)用操作系統(tǒng)的作用(2)作為計算機系統(tǒng)資源的管理者處理機管理：分配和控制處理機存儲器管理：分配及回收內(nèi)存I/O(Input/Output)設(shè)備管理：I/O分配與操作文件管理：文件存取、共享和保護(hù)

操作系統(tǒng)的發(fā)展歷史手工操作批處理系統(tǒng)(batchprocessing)分時系統(tǒng)(time-sharingsystem)實時系統(tǒng)(real-timesystem)兩大發(fā)展方向-宏觀應(yīng)用和微觀應(yīng)用微型系統(tǒng)：嵌入式操作系統(tǒng)大型系統(tǒng)：分布式操作系統(tǒng)和集群操作系統(tǒng)手工操作的計算機世界上第一臺數(shù)字式電子計算機

ENIAC，運算速度：5000次/每秒,18000個真空管,占地182平方米，重量130噸，功耗140kW卡片批處理系統(tǒng)IBM1401IBM7094IBM1401輸入磁帶磁帶機卡片閱讀機輸出磁帶打印機主機終端分時系統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)美國加州伯克利大學(xué)研制：微型智能傳感器，安裝TinyOS常見的操作系統(tǒng)MSOS:MSDOS,Windows95,WindowsNT,Windows2000,WindowsXP,Windows2003UNIX:BSD,SRV4,OSF1,SCOUNIX,AIX,Solaris,Linux嵌入式OS:Linux、VxWorks、WindowsCE.net

、SmartPhone、PocketPC、Symbian分布式操作系統(tǒng)：Amoeba、Mach、Chorus和DCE

分布式系統(tǒng)的定義(1)技術(shù)領(lǐng)域的兩項進(jìn)步高性能微處理器的開發(fā)高速計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)明定義：分布式系統(tǒng)是若干獨立計算機的集合，它們對于用戶來說就像一個系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)的定義(2)作為中間件存在的分布式系統(tǒng)1.1分布式系統(tǒng)屏蔽系統(tǒng)中種類各異的計算機和網(wǎng)絡(luò)，常常通過一個軟件層（中間件）組織起來。分布式系統(tǒng)實例大學(xué)或公司的工作站網(wǎng)絡(luò)處理器池單一的文件系統(tǒng)命令的分布式處理支持訂單自動處理的工作流系統(tǒng)訂單處理流程對用戶透明萬維網(wǎng)：分布式文檔模型分布式系統(tǒng)的優(yōu)缺點優(yōu)點：與高性能的大型主機(MainFrame)系統(tǒng)相比經(jīng)濟——較高的性能價格比對固有分布性問題求解的適應(yīng)性可擴充性——比較松散的構(gòu)成，使得節(jié)點的增減很容易可靠性——自動降級運行保障，故障時不停機寬適應(yīng)性——增加了對分散用戶要求協(xié)同的支持與分散系統(tǒng)（每人一臺微機或者工作站）相比共享資源、加強通信、通過負(fù)載平衡提高系統(tǒng)的效率擴充了系統(tǒng)能力缺點：控制比較復(fù)雜，尤其是在資源管理上要附加許多協(xié)調(diào)操作——資源屬于局部工作站性能、可靠性對網(wǎng)絡(luò)的依賴性強分布式系統(tǒng)的關(guān)鍵目標(biāo)讓用戶連接到資源共享資源：降低經(jīng)濟成本方便協(xié)作和信息交換：互聯(lián)網(wǎng)、群件、電子商務(wù)透明性開放性可擴展性分布式系統(tǒng)的透明性分布式系統(tǒng)的重要目標(biāo)之一是透明性，即將它的進(jìn)程和資源實際上分布在多臺計算機上這一事實隱藏起來。透明性 描述訪問 隱藏數(shù)據(jù)表示形式以及訪問方式的不同位置 隱藏數(shù)據(jù)所在位置遷移 隱藏資源是否已移動到另一個位置重定位隱藏資源是否在使用中已移動到另一個位置復(fù)制 隱藏資源是否已被復(fù)制并發(fā) 隱藏資源是否由若干相互競爭的用戶共享故障 隱藏資源的故障和恢復(fù)持久性隱藏資源（軟件）位于內(nèi)存里或在磁盤上透明度透明性受到限制位置透明性必須將透明性與其他因素（如性能）結(jié)合起來考慮。復(fù)制透明性分布式系統(tǒng)的開放性開放性定義：根據(jù)一系列準(zhǔn)則來提供服務(wù)，這些準(zhǔn)則描述了所提供服務(wù)的語法和語義分布式系統(tǒng)中，服務(wù)通常通過接口指定，接口定義了可用函數(shù)的名稱、參數(shù)類型、返回值以及可能出現(xiàn)的異常，良好的接口規(guī)范說明應(yīng)具有：完整性中立性互操作性：不同廠商組件的共存和協(xié)同工作程度可移植性靈活性：方便的組合不同組件，添加、替換組件靈活性的關(guān)鍵：策略與機制分離分布式系統(tǒng)的可擴展性規(guī)模上的擴展：更多的用戶和資源地域上的擴展：用戶和資源相隔更遠(yuǎn)管理上的擴展：跨越多個管理機構(gòu)規(guī)模上擴展的限制可擴展性限制的實例概念實例集中式服務(wù)供所有用戶訪問的單服務(wù)器集中式數(shù)據(jù)單個在線電話簿集中式算法根據(jù)完整信息安排路由地域上擴展的限制難以擴充為局域網(wǎng)設(shè)計的分布式系統(tǒng)的原因：局域網(wǎng)的分布式系統(tǒng)是基于同步通信的，難以適用于廣域系統(tǒng)局域網(wǎng)提供高度可靠的基于廣播的通信方式，而廣域網(wǎng)的通信本質(zhì)上是不可靠的，而且是點對點的；服務(wù)定位問題存在集中式組件產(chǎn)生的性能和可靠性問題管理上擴展的限制在資源使用（以及付費）、管理和安全問題上各域存在相互沖突的策略如單域中的分布式組件得到同域用戶的信任，而無法自動拓展到域外分布式系統(tǒng)必須保護(hù)自己免受新域的惡意攻擊新域必須保護(hù)自己免受分布式系統(tǒng)的惡意攻擊擴展技術(shù)隱藏通信等待時間異步通信減少通信量分布技術(shù)：分割組件，分散到系統(tǒng)中，如DNS和WWW復(fù)制技術(shù):多拷貝擴展技術(shù)--減少通信量1.4由服務(wù)器檢查表單由客戶端檢查表單擴展技術(shù)--分布技術(shù)1.5將DNS名字空間劃分為區(qū)的例子擴展技術(shù)--復(fù)制技術(shù)復(fù)制：增加可用性，有助于負(fù)載均衡緩存：在訪問資源的客戶周圍制作資源備份一致性問題分布式系統(tǒng)的硬件多CPU計算機系統(tǒng)：根據(jù)是否共享存儲器多處理器（multiprocessors）系統(tǒng)：共享存儲器多計算機系統(tǒng)（multicomputers）：不共享存儲器同構(gòu)的：相同計算機，單一互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)的：不同計算機，通過不同網(wǎng)絡(luò)互連根據(jù)網(wǎng)絡(luò)互連體系結(jié)構(gòu)總線型（bus）：使用一根主干線連接交換型（switched）：各機器之間用獨立線路相連分布式系統(tǒng)的硬件1.6分布式系統(tǒng)中處理器和存儲器的不同組織方式多處理器系統(tǒng)(1)共享內(nèi)存基于總線的多處理器系統(tǒng)多處理器系統(tǒng)(2)交叉點開關(guān)omega交換網(wǎng)絡(luò)同構(gòu)多計算機系統(tǒng)需要解決CPU之間的通信問題，信息量較少基于總線基于交換網(wǎng)狀拓?fù)涑⒎襟w拓?fù)銶PP（massivelyparallelprocessors）,COW(clustersofworkstations):互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與容錯性異構(gòu)多計算機系統(tǒng)計算機差異：處理器類型、存儲器大小以及I/O帶寬等系統(tǒng)中的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也可以是高度異構(gòu)的實例：校園網(wǎng)沒有整體的系統(tǒng)視圖：應(yīng)用程序不能假定在系統(tǒng)各處都提供相同的性能和服務(wù)分布式系統(tǒng)的用武之地分布式系統(tǒng)的軟件分布式操作系統(tǒng)：DOS(DistributedOperatingSystems)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：NOS(NetworkOperatingSystems)Middleware（中間件）：對NOS的改進(jìn)，提高分布透明性系統(tǒng)描述主要目標(biāo)DOS緊耦合的操作系統(tǒng)，用于多處理器系統(tǒng)和同構(gòu)式多計算機系統(tǒng)，以一種簡單的全局視圖管理資源隱藏及管理硬件資源NOS松耦合的操作系統(tǒng)，用于異構(gòu)式多計算機系統(tǒng)(LAN和WAN)，一組運行各自操作系統(tǒng)的計算機協(xié)同為遠(yuǎn)程客戶提供本地服務(wù)中間件NOS通用服務(wù)實現(xiàn)層之上的附加層提供分布式透明性單處理器操作系統(tǒng)管理單CPU的計算機內(nèi)核模式與用戶模式通過微內(nèi)核分隔應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)代碼1.11多處理器操作系統(tǒng)(1)目標(biāo)是通過多CPU支持高性能數(shù)據(jù)由多個處理器訪問，必須確保數(shù)據(jù)的一致性信號量（semaphore）和管程（monitor）monitorCounter{private:intcount=0;public:intvalue(){returncount;}voidincr(){count=count+1;}voiddecr(){count=count–1;}}多處理器操作系統(tǒng)(2)用于保護(hù)整數(shù)免受并發(fā)操作的管程，它將阻塞某個進(jìn)程monitorCounter{private:intcount=0;intblocked_procs=0;conditionunblocked;public:intvalue(){returncount;}voidincr(){if(blocked_procs==0)count=count+1;elsesignal(unblocked);}voiddecr(){if(count==0){blocked_procs=blocked_procs+1;wait(unblocked);blocked_procs=blocked_procs–1;}elsecount=count–1;}}多計算機操作系統(tǒng)具有更高的復(fù)雜性：不存在共享的存儲器，使用消息通信多計算機操作系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)1.14分布式共享內(nèi)存系統(tǒng)（DSM）(1)分布到四臺機器的地址空間中的頁CPU1引用頁10后的情況假定頁10是只讀的并且進(jìn)行復(fù)制后的情況人們試圖在多計算機系統(tǒng)上模擬共享存儲器提高性能的方法：復(fù)制頁的大小分布式共享內(nèi)存系統(tǒng)(2)兩個獨立進(jìn)程間頁面的偽共享：頁面太大導(dǎo)致的問題1.18網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(1)不假定底層硬件是同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的常見結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(2)rloginmachinercpmachine:file1machine2:file2全局文件系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中的兩個客戶和一個服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(3)不同的客戶可以導(dǎo)入服務(wù)器上的文件系統(tǒng)，并把它安裝到不同的位置1.21網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(4)缺乏透明性：不方便使用、存在安全缺陷擴展性好，添加或刪除機器方便中間件以中間件形式組織的分布式系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)對應(yīng)用程序隱藏底層平臺的異構(gòu)性中間件模型：將所有東西都看作文件分布式文件系統(tǒng)基于RPC分布式對象分布式文檔中間件服務(wù)：訪問透明性命名服務(wù)分布式事務(wù)安全功能中間件和開放性在一個基于中間件的開放分布式系統(tǒng)中，各中間件層所使用的協(xié)議及向應(yīng)用程序提供的接口必須相同1.23各種系統(tǒng)的比較項目分布式操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)基于中間件的分布式系統(tǒng)多處理器系統(tǒng)多計算機系統(tǒng)透明度很高高低高所有的節(jié)點使用的操作系統(tǒng)是否相同是是否否操作系統(tǒng)拷貝數(shù)目1NNN通信基于的實體共享內(nèi)存消息文件特定模型資源管理全局，集中管理全局，分布管理各節(jié)點自行管理各節(jié)點自行管理可擴展性否部分是各系統(tǒng)不同開放性封閉的封閉的開放的開放的客戶端-服務(wù)器模型服務(wù)器（server）：實現(xiàn)某個特定服務(wù)的進(jìn)程客戶（client）：向服務(wù)器請求服務(wù)的進(jìn)程客戶端-服務(wù)器之間的一般交互客戶端-服務(wù)器示例(1)客戶端-服務(wù)器使用的header.h客戶端-服務(wù)器示例(2)一個簡單的服務(wù)器客戶端-服務(wù)器示例(3)使用服務(wù)器拷貝文件的客戶1-27b應(yīng)用程序的分層客戶服務(wù)器應(yīng)用程序通常組織為三個層次：用戶界面層：用戶交互處理層：應(yīng)用程序核心功能數(shù)據(jù)層：操作數(shù)據(jù)或文件系統(tǒng)1-28多層體系結(jié)構(gòu)(1)客戶端-服務(wù)器模型可能的組織結(jié)構(gòu)(a)–(e).1-29多層體系結(jié)